Następnie dojrzały pęcherzyk (pęcherzyk Graafa) pęka i uwalnia komórkę jajową (w fazie owulacji).
Dojrzewający pęcherzyk wydziela coraz większe ilości estradiolu i estrogenu, które pobudzają komórki macicy do proliferacji (namnażania się i wzrostu). Wpływają również na produkcję charakterystycznego śluzu w szyjce macicy. Obserwacja tego śluzu może być przydatna w ustalaniu aktualnie trwającej fazy cyklu miesiączkowego.
Owulacja thumb|Jajnik uwalniający oocyt
Gdy pęcherzyk Graafa jest prawie dojrzały (między 12. a 16. dniem licząc od końca cyklu), poziom estrogenu jest na tyle wysoki, że wpływając na przysadkę mózgową, wywołuje szybkie uwolnienie dużych ilości LH. Wysoki poziom LH stymuluje niedojrzałą komórkę jajową (oocyt II rzędu) oraz osłabia ściany otaczającego ją pęcherzyka. Również w tym okresie oocyt II rzędu uwalnia się z pęcherzyka. Uwolnienie to jest nazywane owulacją i zachodzi w jajniku. Zaraz po tym, oocyt jest wyłapywany przez jajowód. Tam dojrzewa, przekształcając się w dojrzałą komórkę jajową o średnicy ok. 0,2 mm. Po około jednym dniu przebywania w jajowodzie, jajeczko obumiera, jeśli nie zostało zapłodnione.